Increasing water abstract and the global warming are threatening water shortage problem. Especially, the water shortage is very vulnerable in SIDS(Small Island Developing States). The geology and topography conditions of small islands are adverse to form abundant water resources, and water use is largely increasing with growth of industrialization. International discussion about SIDS was begun from UNCED in 1992, and the water resource sustainability of SIDS had been debated through BPoA(1994), WSSD(2002), WWF(2003) continuously. In this study, we have focused on Jeju Island for a case study analyze the water use sustainability of SIDS using system dynamics.
There are several system dynamics models which descript water resources management : ErhaiSD (Guo et al., 2001), WRSD (Xu et al., 2002) and CanadaWater (Simonovic, 2004). But water resources management models of small island, especially groundwater management, are not developed yet. Also these existing models did not consider the monthly differences in nature variability which make the water resources. So we tried to develop the system dynamics model for Small Islands considering monthly characteristics of nature variability and human activity in water use.
The SIDS water resources model consists of three sub-models, which are natural variability, human activity and interrelation. We tried scenarios analysis with two temperature and precipitation scenarios, three population and GDP scenarios each. And the each scenario was operated 250 times repeatedly because of the stochastic characteristic of natural variability sub-model.
Generally, the statics for hydrology focuses on the minimum or maximum value of the events. The water scarcity of Jeju island occurs on October with maximum value because of the agricultural water use. So we forecast the October's water scarcity of SIDS from 2000 to 2050 with the mean and Std. values derived from the stochastic results.
The water scarcity can occur from 2002 with 35,000 ton. But it has to be considered the occurrence rate of water scarcity. The probability of the event is only 10% in early period of simulation. The water scarcity and occurrence rate are increasing continuously to 2050. In 2005, the results are much different with the type of precipitation, population and GDP. Only the temperature cannot influence the water scarcity. GDP has the main effect to water scarcity and next is population, precipitation is final.
The maximum water demand of our model, A1F1 - Weibull - PH_GH, can make 19.9million ton with 85.2% occurrence rate. The portion is 31.6% of total water demand and 24% of the sustainable yield. So, water conservation methods or developing alternative water resources should be prepared for water use sustainability in Jeju Island.
지구온난화 및 사회경제계의 물수요 증가가 물부족 문제를 위협하고 있다. 물부족은 SIDS에서 더욱 취약하다. 좁은 섬 면적으로 대륙 국가에 비해 수자원 형성이 취약하고, 관광산업 등 사회경제계 성장으로 물수요가 지속적으로 증가하고 있기 때문이다. SIDS의 수자원 문제에 대한 국제적 논의는 1992년 UNCED부터 시작되었고, 현재까지 많은 국제회의를 통해 SIDS의 지속가능한 수자원 이용 방안이 모색되고 있다. 따라서 본 연구는 시스템 다이내믹스를 이용해 SIDS 물이용의 지속가능성 평가하였고, 사례연구로 제주도를 선택하였다.
선행 연구자들에 의해 개발된 수자원 관리에 대한 시스템 다이내믹스 모델은 대표적으로 TARGETS(Rotmans and de Vries, 1997), WorldWater(Simonovic, 2002), ErhaiSD(Guo et al., 2001), WRSD(Xu et al., 2002), CanadaWater(Slobodan P. Simonovic et al., 2004)이 있다. 하지만 SIDS을 대상으로 한 모델은 현재까지 존재하지 않는다. 또한 기후 및 사회경제계 물이용의 월별 특성을 고려하지 않았다 따라서 본 연구는 SIDS 수자원 관리의 필요성을 인식하고, 이를 위해 SIDS 수자원 관리 시스템 다이내믹스 모델을 개발하였다.
SIDS 수자원 관리 모델은 크게 세 가지로 구분된다. Human Activity Model은 사회경제계 활동에 의한 지하수 수요량을 나타내며, Natural Variability Model은 불확실한 기후변화에 따른 지하수 함양량을 표현한다. Interrelation Model은 지하수 함양량과 지하수 수요량의 관계성을 통해 물부족량을 산정하는 모델이다. 본 연구는 기온 및 강우의 두 가지 시나리오와, 인구 및 GDP의 세 가지 시나리오에 대해 총 36가지 시나리오 분석을 실시하였다. 각 시나리오는 통계적 분석을 위해 250번 실행하였다.
지하수 수요량이 가장 높은 10월을 대상으로 2050년까지 물부족량을 시나리오 분석을 통해 예측하였다. 분석 결과 강우 인자가 Weibull분포 일때 물부족량이 더 높게 산정되었다. 이는 Gumbel 분포의 강우 범위가 Weibull보다 높기 때문에, 풍수기 사상이 많이 발생했기 때문인 것으로 판단된다. 반면 기온 시나리오에 의한 물부족량의 차이는 파악하기 힘들었다.
물부족량에 가장 큰 영향을 미치는 요인을 확인하기 위해 2050년 10월 자료를 대상으로 분산분석을 실시하였다. 분산분석 결과 기온의 경우 제주도 물부족에 유의한 영향을 미치지 않은 것으로 나왔다. 가장 큰 영향을 미치는 요인은 GDP이다. 시나리오 분석결과 물부족량 및 발생확률 순위가 GDP 성장 크기순으로 정해지는 것을 알 수 있었다. GDP 다음으로 효과가 큰 것은 인구이며, 마지막이 강우이다.
2050년 10월 물부족량은 평균치 적용시 전체수요량 대비 20~31.6%, 적정개발량 대비 16.7~24%로 산정되었다. 단측구간을 대상으로 신뢰구간 95% 평균 오차범위를 계산한 결과, 물부족량은 최소 18백만 톤에서 최대 35.7백만 톤이며, 이는 2050년 전체수요량 대비 38.4~56.8%, 적정개발량 대비 32~43.2%에 해당된다. 따라서 지속가능한 수자원 이용을 위해서는, 수요관리 혹은 공급관리를 통해 물부족량을 해결할 수 있는 방법이 요구된다고 볼 수 있다.
